hero
Szabó Zsombor 2022. április 07. 09:30
Ultranagy teljesítményű fiberlézervágók - van létjogosultságuk?
Megdőlni látszik az a szabály, hogy a fiberlézervágók elsősorban a vékony lemezek vágására alkalmasak.

A fiberlézervágók széles körben elterjedtek az utóbbi 15 évben. A kezdeti néhány kW teljesítményű típusokat nagyobb, akár 8-12 kW teljesítményű, vastag lemezek nagy sebességű vágására is alkalmas verziók követték. Az utóbbi években már a 20 kW-os teljesítmény is elérhetővé vált, sőt! A 2021-es Blechexpo kiállításon egy 30 kW-os fiberlézervágóval is találkozhattak a látogatók, nemcsak prototípusként, hanem rendelhető konfigurációként. De szükség van valóban erre a teljesítményszintre?

Vágjon bele!

Anyagjellemzők és vastagság – döntően ez a két szempont befolyásolja, hogy mit érdemes lézerrel, plazmával, vízzel, lánggal, esetleg lemezollóval vágni. Ez utóbbi egy meglehetősen egyszerű konstrukció, ezért az egyenes vonalú vágások esetében jól használható gép, de görbe vonalvezetés vagy vastagabb lemezek vágása esetén már nem alkalmazható. Írásunkban ezért először inkább a plazma-, a víz-, a láng- és a lézervágás rövid összehasonlítására vállalkoztunk.

Ha a vágható anyagok jellemzőit és vastagságát nézzük, plazmával csak fémes anyagokat tudunk vágni, vékony lemezek esetében meglehetősen gyorsan és elfogadható minőségben, de alacsony pontosság mellett. A plazmagép beállítása viszonylag egyszerű, kopóalkatrészeknek az elektróda, a fúvóka és a pajzs számítanak. A sugár relatíve vastag, ezért a művelet sok anyagkidobással jár, valamint sok utómegmunkálás (például sorjátlanítás) szükséges. A kontúrok sokszor elnagyoltak, a sarkok pedig pontatlanok és lekerekítettek.

G12032FB forrás: HSG

Vízzel ezzel szemben gyakorlatilag bármit vághatunk a kerámia, az edzett üveg vagy az ahhoz hasonló paraméterekkel rendelkező anyagok kivételével. Egy vízsugaras vágóberendezés számára nem jelent gondot többrétegű anyagok vágása sem, de ilyenkor a kezdést érdemes egy fúrógéppel elvégezni. Vízzel legalább olyan pontosan (maximum ±25 µm) tudunk megmunkálni, mint lézerrel, a felületminőség pedig csak kicsivel marad el a lézeres vágógépekkel elérhető minőségtől. Bár a vágási sebesség alacsony, a termelékenység adott esetben megnövelhető több, egymásra helyezett lemez egyidejű vágásával. A vízvágó bekerülési költsége magas, utólag pedig olyan költségekkel is számolnunk kell, mint a vízsugárhoz használt abrazív anyag, a felhasznált vízmennyiség, valamint a nagynyomású alkatrészek cseréje jelentette ráfordítás.

A szerkezeti acél és a gyengén ötvözött acélok vágása lángvágással is hatékony és eredményes lehet. A lángvágó beruházási költsége alacsonyabb, és az üzemeltetési költsége is kedvezőbb, de használata sok selejtanyaggal jár, és az utómunkálatokat sem spórolhatjuk le. Kis méretű lyukak és részletes formák nem alakíthatók ki vele, csak elnagyolt, durva alakzatok. A folyamat a legtöbbször kézzel irányított, ezért alacsony termelékenységű, és a fémet is fel kell melegíteni a megmunkálás előtt.

Lézerrel jellemzően nem tükröző fémes és nemfémes anyagokat vágunk, vékony lemezek esetében verhetetlen gyorsasággal. Bizonyos alkalmazásokban még van létjogosultsága a szén-dioxid-lézervágóknak, de több nagy gyártó – az elérhető nagyobb energiasűrűség és gyorsaság miatt – már olyannyira preferálja a fiberlézerforrásokat, hogy egyáltalán nem fejleszti a szénd-dioxid-lézergépeket. A lézervágó fej közvetlenül nem érintkezik az anyag felületével, ezért kiváló vágási minőség érhető el gyorsan és hatékonyan. A magas beruházási költség miatt a lézeres vágás csak nagy gyártási darabszámok esetén kifizetődő. A rendkívül vékony sugár finom szerkezetek vágását is lehetővé teszi, alacsony selejtanyagarány és nagy pontosság mellett. Utómunkára sokszor alig van szükség. A lézeres vágás a leggyorsabban fejlődő lemezmegmunkáló eljárásnak számít, nemzetközi szinten egyre inkább előtérbe kerülnek a több mint 10 kW teljesítményű lézerforrással felszerelt fibergépek, amelyekkel a termelékenység a 3-4 kW-os berendezésekhez képest a többszörösére növelhető.

GV forrás: HSG

Fiberlézerek

A lemezmegmunkálás területén a termikus anyagelválasztási technológiák között változatlanul sikertörténetnek számít a lézeres vágás és azon belül is a fiberlézerek alkalmazása. Ez elsősorban univerzális felhasználhatóságuknak, a nagy anyagvastagság-átfogásnak, a precíz lézernyaláb-minőségnek, valamint a kiváló optoelektronikai hatásfoknak köszönhető. Ez utóbbi révén a fiberlézerek már évekkel ezelőtt átvették a vezető szerepet az előző generációt képviselő szén-dioxid-lézervágóktól. Sok fémmegmunkálással foglalkozó cégnél megtalálhatók a típustól függően vékony és vastag lemezt, csövet vagy akár zártszelvényt 0,03 mm-es pontossággal és nagy sebességgel vágó fiberlézervágó gépek. Alapanyag tekintetében a fémek – elsősorban a szénacél, a rozsdamentes acél és az alumínium – számítanak felhasználási területnek.

G4020H forrás: HSG

A HSG lézer és saját tapasztalatunk szerint rendkívül fontos, hogy minőségi lézerforrás kerüljön a vágógépbe, hiszen ez a berendezés legdrágább és legfontosabb fődarabja. A kínai gyártmányú források helyett erősen ajánljuk a világszerte abszolút piacvezető márkának számító IPG lézerforrást. Az IPG lézerforrások széles körben megtalálhatók nemcsak a HSG, hanem más, világszerte ismert, megbízható fiberlézervágó márkákban is.

Teljesítményfokozatok és felhasználhatóság

A lézervágó kiválasztásánál kulcsfontosságú a lézerforrás optimális teljesítményének meghatározása. A felhasznált alapanyagok és jellemző anyagvastagságok figyelembevétele mellett is célszerű a magasabb teljesítményt választani, mivel az adott teljesítményű lézerforrás hatékonysága az anyagvastagság növelésével párhuzamosan romlik, a felső határnál pedig már a vágott él minősége is kifogásolható.

 Anyagvastagság (mm)Sebesség (méter/perc)*
 Teljesítmény (kW)
 141220
Szénacél112–1630–4065–8060–90
24–513–1640–4740–55
610–15,515–25
104–7,57–13
Rozsdamentes acél115–1840–5565–8075–90
24,5–5,518–2738–4747–60
60,2–0,43–410–1715–20
100,7–1,34–86–15
201–1,91,8–3
300,5–0,70,7–1,2
Alumínium112–1735–4060–8065–85
24–613–2230–4745–55
62,2–3,512–1718–26
100,55–13,5–75–9,5
201–1,51,4–2
300,5–0,70,7–1
Bronz114–1825–3255–6562–75
23–410–1332–4040–50
61,4–28–1311–16
103,5–4,75–7
Réz17–825–3554–6060–70
21,2–1,58–1033–3840–50
60,7–1,26–98–15
101,8–2,53,5–4,5

Az egyes teljesítményszintekkel elérhető gyorsaság különböző anyagfajták és -vastagságok esetén (Forrás: HSG)
*Nitrogén segédgázzal

A belépő szintet képviselő 1 és 2 kW-os, jellemzően nyitott síkágyas lézervágókkal szénacél 10 mm-ig, rozsdamentes acél pedig körülbelül 4 mm vastagságig vágható még megfelelő minőség mellett – például az úgynevezett „szakáll” típusú sorjaképződés nélkül. A kis költségvetésű gépeket a 3–6 kW-os berendezések követik, amelyekkel vastag lemezek is vághatók, vékony lemez esetében pedig termelékenyebbek. A 6–12 kW-os kategóriánál viszont már új funkciók válnak elérhetővé, amiket szintén érdemes számításba venni:
 

  • Vágás sűrített levegővel ipari oxigén- vagy nitrogéngáz nélkül. A nagy teljesítményű fiberlézervágóknál elérhető az air cut funkció, ami az önköltséget csökkenti. Ezzel elhagyható a jól ismert segédgázok adagolása, így jelentős költség takarítható meg. Az egyetlen kompromisszum a vágott él sötét elszíneződése. E funkcióhoz továbbá 30 bar vagy nagyobb teljesítményű kompresszor szükséges. A sűrített levegő használatának másik előnye a vágás sebességének növelése (azonos alapanyag esetében a nitrogén segédgázhoz képest 5 százalékos sebességnövekedés érhető el egy azonos teljesítményű géphez viszonyítva).
     
  • Vastaglemez-vágás. A nagy teljesítményű fiberlézerek már nemcsak a vékony lemezek, hanem a plazmavágók világában is hódítanak, hiszen akár 30–50 mm-es anyagvastagság is vágható velük. A Blechexpo kiállításon egy 100 mm vastag rozsdamentes acél mintát vágtak egy Eagle márkájú 30 kW-os fiberlézerrel. A nagy teljesítményű lézerekkel tehát már nem kell kompromisszumot kötni az anyagvastagság terén, ráadásul gazdaságosabb használat és nagyobb sebesség érhető el velük.
TL 500 forrás: HSG

Következtetés

Megdőlni látszik tehát az a szabály, hogy a fiberlézervágók elsősorban vékony lemezek produktív és precíz vágására alkalmasak. Ezen a területen változatlanul kimagaslóak, de ma már számtalan alapanyag (fémek) és anyagvastagság esetében használhatók kiváló optoelektronikai hatásfok és sebesség, valamint relatív alacsony önköltség mellett. A nagy teljesítményű lézergépek nemcsak a vastag lemezek vágásánál előnyösek, de adott anyagvastagságot tekintve a sebesség növekedése is jelentős, továbbá a nagy teljesítményű lézereknél a levegővel vágás is alkalmazható, ami csökkenti a költségeket.

A cikk szerzője: Szabó Zsombor, a HSG lézer hazai forgalmazója, a Signdepot Europe Kft. tulajdonosa.

További információ: 
www.hsglaser.hu
www.signdepot.eu

Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin február-márciusi lapszámában jelent meg.